Проектирование гидроэлектростанции

Потребители с.н. ГЭС делятся на агрегатные и общестанционные и на две группы в отношении требований к надежности работы. К первой группе относятся электроприемники, нарушение электроснабжения, которых может привести к повреждению или отключению гидроагрегата, снижению выработки электроэнергии, разрушению гидросооружений. Такими электроприемниками являются техническое водоснабжение агрегатов (водная смазка турбинного подшипника, маслоохладители подпятника и подшипников агрегата, воздухоохладители генератора); маслоохладители трансформаторов; вспомогательные устройства систем возбуждения; маслонапорные установки; система пожарного пожаротушения; механизмы закрытия дроссельных затворов напорных трубопроводов; насосы промышленных и городских водозаборов, если они расположены в здании ГЭС и питаются от сети с.н. Ко второй группе относятся все прочие менее ответственные потребители. Электроприемники с.н. ГЭС питаются обычно от сети 0,4 кВ. На мощных ГЭС может быть ограниченное число приемников на напряжение 6(10)кВ.

Согласно НТП ГЭС для электроснабжения потребителей с.н. должно быть предусмотрено не менее двух независимых источников питания. На время останова всех гидрогенераторов дотускается осуществлять питание с.н. от одного источника с использованием в качестве второго источника резервного гидрогенератора, обеспечивающего при запуске автоматическую подачу напряжения в сеть с.н. Питание ответственных электроприемников должно быть осуществлено от двух независимых источников, перерыв питания этих потребителей допустим только на время действия АВР. Допускается установка дизель-генератора. Шины РУ 0,4 кВ, от которых питаются ответственные электроприемнаки, должны быть секционированы автоматами на две секции, каждая из которых должна получать питание от своего независимого источника питания. Необходимость устройства АВР на этих секциях должна быть обоснована. Схема с.н. должна обеспечивать самозапуск ответственных механизмов.

Применяются две основные схемы питания с.н. ГЭС: с общим и раздельным питанием агрегатных и общестанционных электроприемников. Первая схема нашла применение на ГЭС малой и частично средней мощности. К агрегатным потребителям с.н. относятся маслонасосы и компрессоры зарядки маслонапорных установок, насосы откачки воды с турбины, компрессоры торможения агрегатов, лекажные насосы, вентиляторы и насосы системы охлаждения трансформаторов блоков. Мощность трансформаторов агрегатных с.н. выберется по суммарной нагрузке с.н. соответствующих агрегатов. Трансформаторы рассчитываются на работу без перегрузки с явным резервом. Главные трансформаторы с.н. принимаются со скрытым резервом с возможностью аварийной перегрузки. Для электроснабжения агрегатных и большинства общестанционных потребителей с.н. 0,4 кВ применяются сухие трансформаторы, включенные по схеме глубокого ввода.

В качестве независимых источников энергии для энергоснабжения системы управления, релейной защиты, автоматики и связи предусматривают аккумуляторные батареи.

9.2 Схема С.Н. Усть-Хантайской ГЭС

Мощность собственных нужд Усть-Хантайского ГУ составляет 1% от установленной мощности, т.е. Рс.н.мах=9,37МВА.

К установке принимаем три трансформатора с.н. мощностью по 1600 кВА каждый - ТМН-1600/35. Кроме этого предусматриваем один резервный трансформатор, питающийся от линии 35кВ - ТМН 1600/35. Вводные выключатели резервного трансформатора принимаем с элегазовой изоляцией - VF-38.20/25. В системе с.н. будет применена двойная секционированная система сборных шин, как наиболее надежная. Схема будет построена на двух ступенях напряжения (6 и 0,4кВ).

От трансформаторов с.н. через вводное КРУ 6кВ запитывается система сборных шин. Вводные выключатели КРУ 6кВ, согласно технической политики ГидроОГК, с вакуумной изоляцией. Для каждого ГА устанавливается КРУ 6кВ с одним вводным выключателем и четырьмя отходящими (1 - для питания щита агрегатных нужд, 1 - для питания щита агрегатных нужд соседнего ГА, 1 - на местную нагрузку и один резервный). Все выключатели также вакуумные. Для контроля за напряжением на системе шин и на КРУ каждого ГА на вводных КРУ и на КРУ гидроагрегатов устанавливаются трансформаторы напряжения. Щит агрегатных нужд запитывается через трансформатор от КРУ 6кВ соответствующего ГА. Также щит может быть запитан через секционный автомат от главных выводов ГА (через трансформатор).

От сборных шинопроводов запитывается КРУ монтажной площадки и КРУ ОРУ-220 кВ. КРУ (общестанционных СН) и КРУ (ОРУ-220) выполнены по схеме две системы шин с обходной и секционированием одной системы шин выключателем . На монтажной площадке будет установлено 5 щитов с.н. 0,4кВ. На распредустройстве 3 щита с.н. 0,4кВ.

Все использующиеся в системе с.н. соединительные кабелем 6 кВ выполнены с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Кабель (0,4 кВ) выполнен на основе поливинилхлорида (ПВХ изоляция). - ВВГнг 4*95 - 0,66

9.2.1 Выбор трансформаторов щита агрегатных нужд 13,8/0,4 и 6/0,4

Для выбора данных трансформаторов необходимо подсчитать суммарную требующуюся мощность электроприемников агрегатных нужд.

Основные потребители, подключенные к щиту агрегатных нужд:

- Эл. двигатели насоса МНУ

- Эл. двигатель лекажного насоса

- Эл. двигатели насоса подъема ротора

- Эл. двигатель насоса отжатия воды

- Эл. двигатели задвижек

- Эл. двигатели рабочего насоса маслоохладителя

- Эл. двигатели пускового насоса маслоохладителя

В таблице 5.1 приведены основные характеристика вышеперечисленных приводов:

Таблица 5.1 Технические данные эл.двигателей, применяемых в установках агрегатных нужд Усть-Хантайской ГЭС

НАИМЕНОВАНИЕ	ТИП	Кол-во (1 ГА)	Р, кВт	U, В	I, А
Эл. двигатели насоса МНУ	А02-92-4У3	3	100	380	177
Эл. двигатель лекажного насоса	4А71В4	1	0,75	380	1,95

Таблица 5.1 Технические данные эл.двигателей, применяемых в установках агрегатных нужд Усть-Хантайской ГЭС

Эл. двигатели насоса подъема ротора	А02-51-4	1	7,5	380	14,8
Эл. двигатель насоса отжатия воды	4АМН-250-М4-У3	1	90	380	165
Эл. двигатели задвижек	4АХС80А4У3	13	1,7	380	4,5
Эл. двигатели рабочего насоса маслоохладителя	5ТЭ-100/20	4	13	380	20
Эл. двигатели пускового насоса маслоохладителя	5Т-100/15У1	1	6,4	380	11,4

То есть теперь, сложив все мощности (за исключением НПР) потребителей щита агрегатных нужд можно выбрать трансформаторы, запитанные от КРУ ГА и от главных выводов генератора.

,

По справочным данным принимаем к установке сухие трансформаторы с естественным воздушным охлаждением при защищенном исполнении:

- от КРУ

ТСЗС-1000/10(6)

- отпаечный

ТСЗ-1000/15(13,8)

9.2.2 Выбор вводных и отходящих выключателей

Для выбора выключателей рассмотрим аварийный режим трехфазного КЗ на сборных шинах системы с.н. и КЗ в щите агрегатных нужд.

При КЗ на сборных шинах схема замещения будет иметь вид:



Рисунок 9.1 Схема замещения при КЗ на сборных шинах

Расчет токов КЗ при выборе аппаратов будем вести в относительных единицах. Все сопротивления приведем к базисным условиям. Все принятые значения полученных сопротивлений указаны на схеме замещения (рисунок9.1).

Примем за базисную мощность Sб 1000 МВА:

Sб = 1000 МВА,

Рассчитаем базисные напряжение Uб и ток Iб для каждой точки КЗ.

Базисный ток равен

,

Все нужные значения сверхпереходных сопротивлений и ЭДС возьмем из главы №4 (электрическая часть):

ЭДС генератора:

E1 = E2 = … = E8 = 1,10.

ЭДС системы: EС = 1,00.

Сопротивление генератора в базисных относительных единицах:

xG1 = xG1 = … = xG1 = 1,454,

Сопротивление ЛЭП:

,

Сверхпереходных индуктивных сопротивлений для блочных транс-форматоров:

Для трансформаторов собственных нужд 1600 кВА на 13,8 кВ ВН:

,

Преобразование схемы выполним в направлении от источника питания к месту КЗ.

- параллельные ветви генераторов G2-G8:

, E9 = 1,10.

- последовательное соединение и :

,

- параллельное соединение , и :

,

,

- суммарное сопротивление:

,

Рисунок 9.2 - Этапы преобразования схемы замещения при к.з. в точке К-

Определение начального значения периодической составляющей тока КЗ:

,

По справочным материалам, в качестве вводных выключателей выбираем вакуумный выключатели типа: VD4-6-25/630

При выборе данного выключателя определяющим является ток, текущий от системы, так как этот ток больше тока от электродвигателей с.н.

Выбираем выключатель на 630 А, номинальный ток отключения 25 кА, собственное время отключения tс.о = 0,025 с ; полное время отключения tп.о = 0,07 с.

Наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов:

= tрз min + tс.о. = 0,01 + 0,025 = 0,035 с.,

Вычислим составляющие тока трехфазного КЗ в момент времени , полагая систему удаленным источником:

периодическая составляющая тока от системы

Iп.c = Iп.0 = 2,31 кА,

апериодическая составляющая тока от системы

Та = 0,104 с; i a.с = 2,31 e -0,035/0,104 = 2,33 кА,

Где Та = 0,104 - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ эквивалентной системы ;

ударный ток КЗ от системы

kу = 1,907, iу = Iп.0 kу = 2,33 1,907 = 6,29 кА,

где kу = 1,907 - ударный коэффициент для эквивалентной системы.

Время отключения КЗ:

tотк = tрз max + tп.о. = 0,1 + 0,07 = 0,17 с.,

Импульс квадратичного тока КЗ по формуле:

Вк = Iп.02 (tотк + Та) = 2,312 (0,17 + 0,104) = 1,46 кА2 с.,

Для выбора отходящих выключателей рассмотрим режим КЗ в щите агрегатных нужд.

При КЗ в щите агрегатных нужд схема замещения будет иметь вид:

Рисунок 9.2 Схема замещения при КЗ в щите агрегатных нужд

,

Преобразование схемы выполним в направлении от источника питания к месту КЗ.

,

Воспользуемся предыдущим расчетом:

;

- суммарное сопротивление:

,

Определение начального значения периодической составляющей тока КЗ:

,

Рисунок 9.10 Преобразование схемы замещения

По справочным материалам, в качестве вводных выключателей выбираем вакуумный выключатели типа. Учитывая, что номинальные токи электродвигателей( самозапуска) 6 кВ не превышают 1250 А, выбираем выключатель: VD4-6-20/1250: (Uном = 6 кВ, I ном = 1250 А, номинальный ток отключения I ном.откл = 20 кА, собственное время отключения tс.о = 0,025 с, полное время отключения tп.о = 0,07 с).

Наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов:

= tрз min + tс.о. = 0,01 + 0,025 = 0,035 с.,

Вычислим составляющие тока трехфазного КЗ в момент времени , полагая систему удаленным источником:

периодическая составляющая тока от системы

Iп.c = Iп.0 = 15,5 кА,

апериодическая составляющая тока от системы

Та = 0,104 с; i a.с = 15,5 e -0,035/0,104 = 15,65 кА,

Где Та = 0,104 - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ эквивалентной системы ;

ударный ток КЗ от системы

kу = 1,907, iу = Iп.0 kу = 15,5 1,907 = 41,80 кА;

где kу = 1,907 - ударный коэффициент для эквивалентной системы.

Время отключения КЗ:

tотк = tрз max + tп.о. = 0,1 + 0,07 = 0,17 с.,

Импульс квадратичного тока КЗ по формуле:

Вк = Iп.02 (tотк + Та) = 15,52 (0,17 + 0,104) = 65,82 кА2 с.,

Исходя из того, что при КЗ на щите агрегатных нужд ток КЗ будет протекать и по вводному выключателю, то для установки принимает все однотипные выключатели типа VD4-6-20/1250. Справочные данные выключателя сведены в таблицу 5.3.

В заключении составим сводную таблицу основного оборудования схемы собственных нужд Усть-Хантайской ГЭС:

Таблица 5.2 Основное оборудование схемы собственных нужд Усть-Хантайской ГЭС

НАИМЕНОВАНИЕ	Кол-во	ТИП
Понижающий отпаечный трансформатор С.Н.	3	ТМН-1600/13,8/6
Резервный трансформатор	1	ТМН-1600/35/6
Понижающий отпаечный трансформатор агрегатных нужд	8	ТСЗС-1000/13,8/0,4
Понижающий трансформатор КРУ	20	ТСЗ-1000/6/0,4
Вводной выключатель резервного трансформатора	2	VF-38.20/25
Вводной выключатель КРУ	4	VD4-6-20/1250
Отходящий выключатель КРУ	42	VD4-6-20/1250

Таблица 5.3 Таблица выбора выключателей

Номинальные параметры выключателя: VD4-6-20/1250	Условие выбора выключателя:	Номинальные параметры сети (расчетные):
кВ		кВ
кА		кА
А	Iраб max	Iраб max = 1207,5 А
iу.выкл = 52 кА	iу.выкл iу сети	iу сети. = 41,80 кА
заводом-изготовителем не регламентируется	-	i a.с =15,65 кА
	Вк	Вк = 65,82 кА2•с

Список используемой литературы

Водный кодекс РФ.

Выбор параметров ГЭС: Учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию гидротехнических объектов/Сост А.Ю. Александровский, Е.Ю. Затеева, Б.И. Силаев, СШФ КГТУ.-Саяногорск.:2005

Гидротехнические сооружения /Г.В. Железняков, Ю.А. Ибад-Заде, П.Л. Иванов; Под общ. ред. ВП. Недриги.-М.:Стройиздат,1983. -543 с., ил.

Гидроэнергетика /В.И. Обрезков, Н.К. Малинин, Л.А. Кароль и др.; Под ред. В.И. Обрезкова. - Энергоиздат, 1981. - 608 с.

Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: в 2 т./Под ред. Ю.С. Васильева, Д.С. Щавелева. - Т.1. Основное оборудование гидроэлектростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 400 с.: ил.

Гришин М.М. Гидротехнические сооружения (в двух частях). Ч.1: Учебник для студентов вузов - М.: Высшая школа, 1979. - 615 с.

Земельный кодекс РФ.

Киселев А.М. Гидротехнические сооружения.: Учебник для студентов вузов - М.: Высшая школа, 1975. - 615 с.

Лесной кодекс РФ.

Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. - Ростов н/Д: «Феникс»,2006.-189 с

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. - Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989, - 608 с.: ил.

НПБ 110-99 «Перечень зданий и сооружений, помещений и оборудования, подлежащих защите автоматическими установками пожаротушения и автоматической пожарной сигнализацией».

Правила безопасности при обслуживании гидротехнических сооружений и гидромеханического оборудования энергоснабжающих организаций.-М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2001.-160 с.

Правила устройства электроустановок/Главэнергонадзор России. - 6-е изд., перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат, 1998. - 608 с.

Рассказов Л.Н и др. Гидротехнические сооружения. в двух частях. Ч.1. - М.: Стройиздат, 1996. - 440 с.

СанПиН 3907-85 «Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ».

СНиП 2.06.01-86.

СНиП 2.06.04-82* «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)».

СНиП 2.06.06-85 «Плотины бетонные и железобетонные».

СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений»/Минэнерго СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1987. - 32с.

СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений».

СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения».

СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах».

Специальные грузоподъемные машины: Учеб. пособие: В 8 кн. Кн.4: Козловые краны и мостовые перегружатели. Краны кабельного типа/А.П. Кобзев, В.П. Пономарев; Под ред. К.Д. Никитина. Красноярск: ИПЦ КГТУ,2005. -140 с.

Федеральный закон РФ «Об охране окружающей среды»(№ 7-ФЗ от 10.01.2002 г).

Чугаев Р.Р. Гидравлика. - Л.:Энергоиздат. Ленингр. отд - е, 1982. - 672 с.

Чугаев Р.Р. Глухие плотины. - Л.:Энергоиздат. Ленингр. отд - е, 1980.

Экономика промышленности: Учеб. пособие для вузов.- В 3-х т.Т.2.Экономика и управление энергообъектами. Кн.1. Общие вопросы экономики и управления/А.И. Барановский, Н.Н. Кожевников, Н.В. Пирадова; - М.: Издательство МЭИ,1998.-296 с.:ил.

Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 3./ Под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г. Герасимов и др.- 9-е изд., стер. - М.: Издательство МЭИ, 2004.

Размещено на Allbest.ru